冰河时代：反复无常的地球

我们生活在一个所谓的间冰期，在过去的3.5亿年间，间冰期是较常见冰封期中最温暖的时段之一。在我们所知的地球温带区，冬季雪花飘飘，春季冰雪融化。目前，大片被冰雪覆盖的区域延伸至地球两极，这也就意味着，纵观地球气候史，我们目前所处的时期偏向寒冷一端。例如，当2.5亿年前恐龙刚刚现身地球的时候，当北极附近的树木生长旺盛之时，地球的温度要比现在高得多。就过去较近的一段时期来说，最后一个冰河时代结束于12000年前。约2万年前，地球气候十分温暖，英格兰东南部的赫特福德郡有大量的河马在悠闲地生活。19世纪，这种大型动物的骨头被发现，科学家们开始认识到，地球曾经的气候与其现在的气候存在着多大的差距。那个时候，地球的北纬地带一度接近热带气候，而现在这一地带却十分凉爽。然而，地球的气候有时则会十分寒冷，北美洲大部分地区冰天雪地，如最南端的纽约和伊利诺斯州。

除了19世纪在赫特福德郡发现的河马，地质学家们终于开始关注那些错位的岩石、化石及石化牡蛎壳，这些东西在英格兰、北欧及北美洲北部随处可见，不禁令人疑惑不解。这各种各样的物质从何而来？英国著名地质学家威廉·巴克兰德认为，这些东西一定是由《圣经》中的大洪水带来的，但是其他人立即提出了一些更为科学的观点。

首先提出冰川与巨石关联“漂浮轮”的是吉恩·路易斯·阿格赛兹。这位来自瑞士的科学家以一位动物学家的身份走进了人们的视线，他后来奠定了很多现代地质学的基本理论。1846年，吉恩·路易斯·阿格赛兹移民美国，并任职哈佛大学教授，他的理论曾影响了一代科学家。19世纪30年代，吉恩·路易斯·阿格赛兹在瑞士的阿尔卑斯山研究一座冰川时发现，该冰川近年来已逐渐缩小，留下了一个由远古残余物质最新形成的沉积物，这种物质在整个欧洲都十分常见。阿格赛兹由此断定，19世纪时，这些冰川曾经占据的面积一定远远超出了其所在的阿尔卑斯山或北部地区。随着后来研究的继续深入，地质学家们进一步认识到，的确曾经存在过很多这样的漂流冰层。这也就意味着，这些冰川一定曾几次沿整个欧洲及北美洲顺流而下，并在很长一段时期内有所缓和，而后对南部地区形成新的冲击。一个对于地球过去的新认识便由此形成：地球曾经经历过一系列周而复始的冰河时代。

大多数曾经的冰河时代只为我们留下了断断续续的证据。地球表面仍在继续刷新，这种证据自然也因此而变得越来越混乱。然而，过去的一个半世纪以来，特别是自20世纪20年代以来，我们逐渐认识到，冰层的形成与消失存在着某种固定的模式。大规模的冰层最初形成于约3.25亿年前的石炭纪中期，并由此延伸至2.6亿年前的二叠纪。在这一冰河时代结束之后，一个更温暖的时代来临了，而恐龙也正是在此时大量繁殖的。自过去的3500万年以来，冰河时代一直十分常见，平均每隔10万年便会发生一次，但期间也会发生小规模的潮起潮落。这一断裂的时间比例意味着，科学家们仍需作出大量的解释，与此同时，这也为随之而来的大量不同理论及论据开辟了一条新道路。

随着不同领域的科学家们严肃思考着冰河时代形成的起因，人们看到了一个显而易见的启发点。在地球史上，地球的平均温度一定曾经发生过各种激烈的变化，而发生这种变化的最基本原因或许就在于，地球表面吸收了多少太阳能量。

即使在19世纪，人们已经了解到，与我们走在街上时的感觉相比，地球绕太阳运行的轨迹似乎要不稳定得多，直到20世纪20年代，数学家米卢廷·米兰柯维奇精确地算出了影响地球轨迹的三种变数。首先，地球的运行轨迹是椭圆形的，而不是圆形的——这一轨迹更像是椭圆形的鸡蛋，而不是圆形的棒球。此外，这一椭圆形轨道也有一个离心率——在10万年的周期之间，该轨迹会变得越来越远离椭圆形而接近圆形，而后又会重新变成椭圆形。第二，地球本身就是倾斜的，而其倾斜的角度会在41000年的周期之间产生变化，从偏离直角24.5度的最大值缩减至21.5度的最小值（目前的倾斜度几乎恰好位于这两端之间）。第三，地球也会绕其轴心旋转，就像一个左右摇摆的陀螺一样。

这种摇摆叫做“过程摇摆”，通常会持续22000年之久。每隔19000年，这种旋转摇摆会多发生一次。

米兰柯维奇花了将近30年的时间，计算出与冰河时代形成相关的三种离心率方程式。他测定，在地球过程摇摆及倾斜周期的两个极端，地球表面吸收的太阳能量会相应地减少，从而使冰层开始再次膨胀。对于很多科学家来说，这一理论貌似合理，但是关于10万年周期影响地球绕太阳运行的椭圆形轨道的说法，有些人还是提出了质疑。经证实，轨道变化的程度少于0.3%，这种变化从宇宙尺度看来十分微小。然而，众所周知，地球大气会受到极小因素的影响。正因为如此，即使我们现在有了先进的计算机技术，但是对于那些小于480千米的地区来说，长期的天气预测仍是一个难题。所以，有些科学家倾向于接受这一事实，即使0.3%的变化也会对全球气候条件产生较大的影响。

无论如何，米兰柯维奇的方程式仍然属于一种理论。1976年，一些有利于该理论的证据终于出现了。研究人员们发现，海底的淤泥可以有力地说明几千年前的水温状况。淤泥中含有一些被称为有孔虫的微型动物的外壳，而这些外壳的化学成分会根据地球史上各个年代水温的不同而产生各种变化。外壳中普通氧同位素与较重较稀有氧同位素的比率会随水温的变化而产生变化。因此，当地球气候骤冷时，海洋及有孔虫外壳所含有的轻氧同位素就会减少，因为大部分的轻氧同位素会流入地球表面在寒冷期所产生的冰川之中。海底淤泥本身的发现及随后的实验室实验是一项极为艰苦繁重的工作，但是这项工作最终获得了极大的成功。深海钻探所提供的海底最深淤泥层表明，在有恐龙存活的白垩纪时，深海的温度起码要比现在高20度左右。

这是一种巨大的变化。人们后来又发现了一些较小却极具说服力的变化，这些变化与始于115000年前（当时英格兰还属于完全的热带气候）的逐渐冷却期吻合，这种逐渐冷却状况一直延续到约15000年前最后一个冰河时代的高峰期，那时纽约南部的冰雪足足有一英尺厚——冰雪融化之后，部分陆地被拖入海洋，于是长岛便诞生了。

科学家们通过深入钻探格陵兰的极地冰层，获取了一些冰层核心的样本，这些样本由俄罗斯科学家们长期保管，样本的发现进一步确证并延伸了海底的发现成果。同样，氧同位素的比率再次作为一种尺度，因为那些冰川形成了类似于树木年轮的独特冰层，格陵兰及南极洲的科学家们研究出了更为详细的数据，这有助于计算出地球在过去250万年间的寒暖情况。虽然，这一证明支持米兰柯维奇的周期理论，但是几十年以来，很多科学家越来越觉得，他的理论最多只能解释冰河时代形成原因的80%。这种情况似乎还并不完美。

格陵兰冰核样本还为另一因素提供了线索。1979年，瑞士物理学家汉斯·奥斯切格来到格陵兰加入了纽约大学的切斯特·朗团队。通过碾碎冰层样本并收集千年寒冰气泡中的气体，汉斯·奥斯切格得以证明，与该气体在最近一次冰河时代高峰期时（17000年前）的二氧化碳水平相比，这一水平在12000年前全球开始再次变暖之时有所增长（浓度为百万分之一百）。在这一结果公之于众之后，科学家们又针对深海淤泥进行了一些新的实验，实验结果与之前的结果吻合。这样看来，二氧化碳能够提高太阳能周期对于地球大气的影响。

这一机制是如何运行的呢？大批著名科学家分别从不同的角度提出了这个问题。我们知道，近年来，人们对全球气候变暖的概率问题争论不休，关于“温室效应”的报道铺天盖地并有逐渐升温之势。实际上，正是由于温室效应的产生，地球上的生命才得以存活。

人们目前的争论主要集中在，全球气候变暖是否会导致全球气候恶性循环而失去控制。这方面最重要的因素之一就是二氧化碳量的增长问题。

在没有人为破坏平衡的情况下，为什么二氧化碳会有所增减呢？在地球史上的各个时期，人们曾提出了大量相关的理论。例如，白垩纪时导致全球气候变暖的原因可能是，当时地球表面陆地植物的迅速增长。这些植物会吸收并释放大气中的二氧化碳，当更多的新植物繁茂生长时，二氧化碳的总量便会增加。有时，蓬勃增长的海洋植物也会吸收大气中的二氧化碳，这部分二氧化碳被困在水中，产生某种程度的冷却现象，使地球与一个新冰河时代之间的距离又缩短一步。

一直以来还存在着这样一种推测，构造板块运动及其所造成的大陆块变化会对气候产生影响。在今天的这个世界，墨西哥暖流带着温暖的水流沿赤道跨过大西洋并延伸至英格兰，在高纬度地带创建了相对温暖的“绿色舒适地带”。或许，250万年前太平洋与大西洋之间的水流停止以及中美洲大陆块的出现，最终引发了北半球冰河的扩展。1500万年前，当南极洲与南美洲相互分离时，一股全球寒流便随之产生。

美国化学家哈罗德·尤里发现了另一个极具争议的理论（1934年尤里凭借该理论获得诺贝尔奖），该理论基于岩石的某种侵蚀过程。尤里的理论认为，硅酸盐岩石会随着自身的腐蚀而吸收大气中的二氧化碳。如果这种岩石在几个世纪之后的一次火山爆发中被掩埋并回流，它们就会向空气中再次释放二氧化碳。美国气候学家莫林·雷蒙德和威廉·鲁迪曼提出，冰河时代的产生可能与一些雄伟的山脉相关，如喜马拉雅山脉和安第斯山脉，这些高耸入云的山脉会随着自身的侵蚀吸收大气中的二氧化碳。这一观点与关于全球变暖的争论纠结到了一起，因为这些科学家们还提出，人类使用石化燃料的行为就像是火山爆发，这会向大气中释放大量的二氧化碳。

在过去几年里，一种新的理论开始成为头版头条——至少在科学杂志上是这样的。1997年，伯克利加利福尼亚大学的理查德·马勒和奥地利卢克森堡国际应用系统分析学院的戈登·麦克唐纳在计算机模式下重新利用起了米兰柯维奇的周期理论。每年有3万吨的宇宙“尘埃”降临地球，这已经是一个既定的事实，但是在“尘土飞扬”（20世纪60年代的流行说法）的大环境下，我们很少有人会注意到这个问题。然而，马勒和麦克唐纳的理论认为，由于地球轴心的倾斜，地球每隔10万年就会穿越一个特定的宇宙尘埃团，导致降落到地球表面上的尘埃量增加到了令人堪忧的程度。另外两名研究人员，华盛顿卡耐基学院的斯蒂芬·科顿卡普和佛罗里达大学的斯坦利·德尔莫特利用另一计算机模式对这一假设进行了实验，他们于1998年宣布，问题的关键并不在于地球的倾斜度，而是地球绕太阳运行轨迹的形状——这一结果更符合米兰柯维奇最初的方程式。根据1999年5月《科技新闻》中的一篇报道，加利福尼亚科技学院的肯尼思·法利发现，淤泥沉淀物的确表明，宇宙尘埃每隔10万年便会增长三倍——但是该报道同时预测，尘埃量在那一时刻应有所减少。肯尼思·法利断定，“这个问题有点不对劲儿”。

1999年出现了一种新的空间理论，该理论与宇宙光的大幅增长有关。宇宙光不断地侵扰地球，但是如果其密度更高，还会造成云量密度的剧烈提升。通过运用碳14放射性衰变技术，宇宙光的侵扰程度便可以得到测量。1999年4月《探索》节目中的报道指出，这一新理论的作家丹麦空间研究所的亨里克·斯维马克，他能够提供证明，在上一次冰河时期，宇宙光活动受到了“至少两种系数比率”的影响。

关于冰河时代形成的原因，人们提出了众多新的理论，这无疑标志着该领域还有很多悬而未决的问题。有的科学家对于某些较为古怪的理论表示反感，他们对那些欠精确的计算机模式心生怨言。他们提出，那些五花八门的“专家们”不过是在以纯粹猜测的方式对待问题。宇宙问题的本质不可避免地将众多不同领域的人们引入争论。米兰柯维奇的周期论显示出了足够的重要性，为各地人们所广泛接受。虽然科学家们对于该理论的重视程度不尽相同，但是他们都相信其可行性。无论如何，天文学家在这场争论中占据着主要优势。生物学家也至关重要，因为特定时期内存在的生命形式表明（有时也会影响），该时期内的气候状况是怎样的。地质学家和化学家们倾向于紧密合作，如同二者在从深海获取及分析淤泥样本时一样。尽管某一学科的研究成果有时会支持或证实另一学科的论点，但是各学科之间仍会不可避免地出现各种相互抵触的现象。某一问题从地质学角度来看可能是十分合理的，但是从生物学角度看则可能会产生冲突，反之亦然。

实际上，很多科学家对于彻底解决冰河时代谜团的可能性十分悲观。有些人坚持认为，大量的信息如潮水般涌来，令人应接不暇。当然，如果米兰柯维奇的周期论像许多科学家所认同得那样重要，那么随后的2000年左右就应出现针对该问题的某种答案。我们即将进入一个新的冰河时代，而在这种情形下仍存在一个问题。人类活动释放了过量的二氧化碳及其他温室气体，由此而导致的全球变暖现象可能已将整个程序打乱。如果真是这样，我们可能即将迎接另一个极地融冰时代（不包括因海平面升高而出现的海水），赫特福德郡的河马将享受到温暖的阳光，而不是一个预期的冰河时代。当然，这也根本算不上是什么新鲜事。虽然似乎不会再出现一个类似于冰河时代的时期，但是毕竟地球上曾经存在过一个超过2亿年的时期——恐龙时期。

的确，即使在过去的3500万年中（期间产生过多次冰川时期），冰河时代也并不一定总能按时出现。或许，导致冰河时代形成的原因多且复杂，所以根本不存在一个确切的时间表。至少，从全部地球史的角度来考虑是这样的。或许，从人类渴望固定规则的角度来说，试着揭开这一未解之谜更多的是对于后代的一种嘱托。